674 FOUNDRY Vol. 56 No.7 家进行了这方面的研究,并取得相当的进展。本文旨12LG-RPC中心研发的微铸造工艺 在对国内外在微精密铸造工艺中涉及的铸造材料、成 LG-RPC中心提出的工艺与传统的熔模铸造工艺区 形工艺等方面的研究进展加以详尽的综述。 别很大,更类似于砂型铸造。这种工艺的难点在于微 1微精密铸造工艺 铸型的制造。工艺措施:首先将金属液浇到铸型中, 然后把注满170℃金属的铸型放置到真空室中,借助 熔模精密铸造工艺是传统铸造工艺中最适合制备金属自身的重力充填铸型,充填完成后在空气中冷却, 形状复杂、结构精细零件的铸造工艺。因此,在微精起模后就得到了金属微构件,图2是该中心用这种工艺 密铸造工艺发展的初期,不同国家的科学家都不约而制备的螺旋微齿轮,其最大的外径为1mm,整个齿高 同的在传统熔模精密铸造的基础上进行了微精密铸造约为600m1 的研究,提出了一系列基于熔模铸造的工艺方法,并 各自进行了创新和改进。 1.1卡尔斯鲁厄研究所研发的微铸造工艺 德国卡尔斯鲁厄研究中心的 Baumeister等人提出的 工艺措施,与传统的熔模铸造工艺非常相似,只是将传 统工艺中挂浆制壳,改为浸浆制壳,首先进行微模型的 图2借助MLS工艺制备的螺旋形微齿轮 装配,然后将微模型浸入到制备型壳的陶瓷浆料中, Fig. 2 Helical gear made faithfully by MLS process 随后烘干、焙烧陶瓷型壳,在这个过程中微模型被高13日本工业大学研发的微铸造工艺 温分解,就得到了具有与铸件相同形状微型腔的陶瓷 日本工业大学的 Hiroyuki noguchi等采取的微精密 熔模型壳,再将熔融的液态金属液注入型腔,为了能铸造工艺与传统熔模铸造工艺的不同在于模型和型壳 有更好的充填,将铸型分别预热到700℃和1000℃,的制备方法。工艺措施:首先将预热到20℃的铸型 室温冷却后,清理陶瓷铸型就得到了微铸件" 浸入到熔化的金属液中,然后将装着金属液和铸型的 在充型时,主要采取两种铸造方法:真空压力铸炉子放置到一个真空炉中,随后进行抽真空排气及加 造和离心铸造。真空压力铸造是借助一台真空压力热铸型,平衡后,打开真空炉,进气lmin,使金属液 铸造机完成的,首先将铸型和坩埚在真空室内安装固在大气压力下充填。最后在水中溃散铸型,得到微构 定,对真空室抽真空,同时熔化合金,随后旋转真空件。图3是采用该工艺制备的微蚂蚁构件。 室,并通人气体加压,熔化的金属在0MPa左右的压 力下浇注与凝固;离心铸造是借助一台离心铸造机实 现的,铸型放在离心铸盘的一侧,另一侧以配重平衡, 熔化坩埚固定在转盘的中部。金属熔化后,坩埚倾斜 使金属液进人铸型浇口,利用离心力使液态金属充填 陶瓷型壳,获得微铸件。 微铸件的清理工作不同于传统熔模铸造,这是因 图3日本工业大学制备的蚂蚁铸件 为微铸件在受到机械作用时容易损伤,所以通过化学 Fig 3 The cast ant fabricating by Nippon Institute of Technology 浸蚀使熔模材料溃散,获得金属微结构,除个别的浇 冒口系统,不需进行后续加工。 2微精密铸造合金 Baumeister等人已成功的应用这两种铸造方法制备 尽管几乎所有的工业合金都可被铸造生产,但对 了微行星齿轮和涡轮组叫,整个构件的尺寸控制在微于整个铸件的尺寸都在微米量级的微精密铸造而言, 米量级,见图1。 表面力的作用显著增强,使得充型极为困难,由于其 金属液的冷却速度是传统尺度铸造时的万倍以上,极 难完整成形,所以良好的合金的流动性是影响微铸件 成形的最关键因素。此外合金对铸型和空气的化学稳 定性也要很高,这是由于微铸件非常微小,已没有可 供反应层占用的加工余量。 Baumeister等人主要应用两种金属材料,一种是德 图1金基合金微齿轮(齿顶圆直径731m,齿厚135um) 国 Degussa公司生产的金基合金“ Stablilor G”,其熔化 (with 731 um outer 区间为860940℃,这种合金耐蚀性能好,具有良好 diameter and 135 um thickness of tooth edge) 的韧性、延展性和适中的强度,是牙科中常用的合金FOUNDRY Ju1．2007 V0I．56 N0．7 家进行了这方面的研究 ，并取得相当的进展。本文旨 在对国内外在微精密铸造工艺中涉及 的铸造材料 、成 形工艺等方面的研究进展加以详尽的综述。 1 微精密铸造工艺 熔模精密铸造工艺是传统铸造工艺 中最适合制备 形状复杂、结构精细零件的铸造工艺。因此 ，在微精 密铸造工艺发展的初期 ，不同国家的科学家都不约而 同的在传统熔模精密铸造的基础上进行 了微精密铸造 的研究 ，提 出了一系列基于熔模铸造的工艺方法 ，并 各 自进行了创新和改进。 1．1 卡尔斯鲁厄研究所研发的微铸造工艺 德国卡尔斯鲁厄研究 中心的Baumeister等人提 出的 工艺措施 ，与传统的熔模铸造工艺非常相似 ，只是将传 统工艺中挂浆制壳 ，改为浸浆制壳 ，首先进行微模型的 装配 ，然后将微模型浸入到制备型壳的陶瓷浆料中 ， 随后烘干 、焙烧陶瓷型壳 ，在这个过程中微模型被高 温分解 ，就得到了具有与铸件相同形状微型腔的陶瓷 熔模型壳 ，再将熔融的液态金属液注入型腔 ，为了能 有更好的充填 ，将铸型分别预热到700℃和1000℃， 室温冷却后，清理陶瓷铸型就得到了微铸件【】81。 在充型时 ，主要采取两种铸造方法 ：真空压力铸 造和离心铸造【I31。真空压力铸造是借助一 台真空压力 铸造机完成的，首先将铸型和坩埚在真空室内安装固 定 ，对真空室抽真空 ，同时熔化合金 ，随后旋转真空 室，并通人气体加压，熔化的金属在0．4MPa左右的压 力下浇注与凝固；离心铸造是借助一台离心铸造机实 现的，铸型放在离心铸盘的一侧 ，另一侧 以配重平衡 ， 熔化坩埚固定在转盘的中部。金属熔化后，坩埚倾斜 ， 使金属液进入铸型浇 口，利用离心力使液态金属充填 陶瓷型壳 ，获得微铸件。 微铸件的清理工作不 同于传统熔模铸造 ，这是因 为微铸件在受到机械作用时容易损伤 ，所 以通过化学 浸蚀使熔模材料溃散 ，获得金属微结构 ，除个别的浇 冒口系统 ，不 需进行后 续加工 。 Baumeister等人已成功的应用这两种铸造方法制备 了微行 星齿 轮和涡轮组 ¨4_1，整个构件 的尺寸控 制在微 米量级 ，见 图 1。 图1 金基合金 一 微齿轮 (齿顶 圆直径731 m，齿厚 135 m) Fig．1M icro-gearwheelmadeofgoldbasealloy (with731um outer diameterand135um thicknessoftoothedge) 1．2 LG—RPG中心研发的微铸造工艺 LG—RPc中心提出的工艺与传统的熔模铸造工艺区 别很大 ，更类似于砂型铸造。这种工艺的难点在于微 铸 型的制造。工艺措施 ：首先将金属液浇到铸 型中， 然后把注满 170℃金属的铸 型放置到真空室 中，借助 金属 自身的重力充填铸型，充填完成后在空气中冷却， 起模后就得到了金属微构件 ，图2是该中心用这种工艺 制备的螺旋微齿轮 ，其最大 的外径为 1mm，整个齿高 约 为600 m【l9】。 图2 借助MLS工艺制备 的螺旋形微齿轮 Fig．2HelicalgearmadefaithfullybyM LSprocess 1．3 日本工业大学研发的微铸造工艺 日本工业大学的HiroyukiNoguchi等采取的微精密 铸造工艺与传统熔模铸造工艺的不同在于模型和型壳 的制备方法 。工艺措施 ：首先将预热~lJ200℃的铸型 浸入到熔化的金属液中，然后将装着金属液和铸型的 炉子放置到一个真空炉中，随后进行抽真空排气及加 热铸型 ，平衡后 ，打开真空炉 ，进气 1min，使金属液 在大气压力下充填。最后在水 中溃散铸型 ，得到微构 件。图3是采用该工艺制备的微蚂蚁构件[201。 图3 El本工业大学制备的蚂蚁铸件 Fig．3Thecasta／itfabricatingbyNipponInstituteofTechnology 2 微精密铸造合金 尽管几乎所有的工业合金都可被铸造生产 ，但对 于整个铸件 的尺寸都在微米量级 的微精密铸造而言 ， 表面力 的作用显著增强 ，使得充型极为困难 ，由于其 金属液的冷却速度是传统尺度铸造时的万倍以上 ，极 难完整成形 ，所 以良好的合金的流动性是影响微铸件 成形 的最关键 因素。此外合金对铸型和空气的化学稳 定性也要很高 ，这是由于微铸件非常微小 ，已没有可 供反应层占用的加工余量。 Baumeister等人主要应用两种金属材料，一种是德 国Degussa公司生产的金基合金 “StablilorG”，其熔化 区间为860~940。C，这种合金耐蚀性能好 ，具有 良好 的韧性 、延展性 和适中的强度 ，是牙科中常用的合金 维普资讯 http://www.cqvip.com